Công nghệ pin mặt trời mới tăng hiệu suất lên gần 50%

Bước đột phá trong công nghệ quang điện

Các nhà khoa học tại Oxford PV, phòng thí nghiệm thuộc Đại học Oxford (Anh), đang phát triển loại pin mặt trời song song sử dụng kết hợp silicon và perovskite, được xem là một trong những vật liệu có tiềm năng cách mạng hóa ngành năng lượng mặt trời.

Khác với các tấm pin truyền thống chỉ dùng silicon, vật liệu perovskite có cấu trúc tinh thể đặc biệt, cho phép hấp thụ phổ ánh sáng rộng hơn và chuyển đổi năng lượng Mặt Trời thành điện hiệu quả hơn nhiều. Theo Viện Năng lượng Tái tạo Quốc gia Mỹ (NREL), pin silicon thông thường chỉ đạt hiệu suất 21–23%, trong khi giới hạn lý thuyết là 33%. Khi kết hợp với perovskite, hiệu suất tối đa có thể vượt 47%, tức gần gấp đôi.

Vật liệu perovskite được phát hiện lần đầu năm 1839 trên dãy Ural (Nga), hiện được tổng hợp từ các hợp chất sẵn có như chì, brom, clo, thiếc. Nhờ cấu trúc tinh thể tương tự kim cương, chúng có khả năng dẫn điện mạnh và linh hoạt, giúp tăng tốc độ di chuyển của electron trong tế bào quang điện.

Theo Oxford PV, tấm pin song song mới có thể tạo ra nhiều điện năng hơn trên cùng diện tích so với pin silicon, đồng thời giảm 10% chi phí sản xuất, do cần ít nguyên liệu và ít tấm hơn cho cùng công suất. Điều này mở ra tiềm năng lớn cho các trang trại điện mặt trời quy mô lớn, mái nhà dân dụng, xe điện và thậm chí ứng dụng không gian.

Từ thí nghiệm đến thương mại hóa toàn cầu

Tại phòng thí nghiệm của Oxford PV, các kỹ sư đang nỗ lực khắc phục điểm yếu cố hữu của perovskite như độ bền kém, nhạy ẩm và dễ bị suy giảm khi gặp nhiệt độ cao. Năm 2024, công ty đã lập kỷ lục thế giới với hiệu suất chuyển đổi 26,9% trên module pin kích thước dân dụng – con số cao nhất từng được ghi nhận. Mục tiêu của nhóm nghiên cứu là tăng 1% hiệu suất mỗi năm, tiến gần ngưỡng thương mại hóa rộng rãi vào 2027–2028.

Hiện Oxford PV đã vận hành nhà máy sản xuất tế bào quang điện song song tại Đức và đang thử nghiệm hệ thống 100 kW tại Mỹ, đủ để cung cấp điện cho 14 hộ gia đình. Trong điều kiện thực tế, pin đạt hiệu suất 24,5%, được theo dõi liên tục để thu thập dữ liệu vận hành dài hạn.

Theo Joseph Berry, nhà khoa học tại NREL, việc kiểm soát hàm lượng chì trong pin perovskite là hoàn toàn khả thi thông qua quy trình tái chế khép kín, đảm bảo không gây ô nhiễm môi trường. Dù pin perovskite có tác động môi trường cao hơn 7% so với silicon, song hiệu suất và mật độ năng lượng vượt trội giúp giảm tổng lượng khí thải CO₂ trên mỗi kWh điện sản xuất.

Không chỉ Oxford PV, hàng loạt doanh nghiệp công nghệ khác đang gia nhập “cuộc đua perovskite”. Swift Solar – startup tách ra từ MIT và Stanford – đã triển khai dự án thí điểm lắp pin perovskite song song trên các tháp viễn thông của American Tower Corporation. Trong khi đó, Trinasolar (Trung Quốc) công bố kỷ lục hiệu suất 31,1% vào tháng 4/2025, củng cố vị thế dẫn đầu trong lĩnh vực này.

Oxford PV hiện cũng đàm phán với nhiều hãng xe điện châu Âu để ứng dụng pin của họ trên các dòng xe mới. Các tấm pin perovskite siêu mỏng, nhẹ, giá rẻ có thể biến ôtô thành phương tiện tự sạc bằng năng lượng Mặt Trời, hoặc nguồn năng lượng chính cho vệ tinh và tàu vũ trụ cỡ nhỏ.

Các chuyên gia đánh giá nếu công nghệ này đạt quy mô công nghiệp, chi phí năng lượng mặt trời toàn cầu có thể giảm thêm 30–40% trong thập kỷ tới. Khi đó, perovskite không chỉ là vật liệu mới, mà sẽ trở thành nền tảng của cuộc cách mạng năng lượng sạch thế kỷ XXI.